《工程熱力學(xué)》(第五版) 配套課件

1、第一章 基 本 概 念1.基本概念熱力系統(tǒng)：用界面將所要研究的對象與周圍環(huán)境分隔開來，這種人為分隔的研究對象，稱為熱力系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。邊界：分隔系統(tǒng)與外界的分界面，稱為邊界。外界：邊界以外與系統(tǒng)相互作用的物體，稱為外界或環(huán)境。閉口系統(tǒng)：沒有物質(zhì)穿過邊界的系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)，也稱控制質(zhì)量。開口系統(tǒng)：有物質(zhì)流穿過邊界的系統(tǒng)稱為開口系統(tǒng)，又稱控制體積，簡稱控制體，其界面稱為控制界面。絕熱系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間沒有熱量傳遞，稱為絕熱系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換，稱為孤立系統(tǒng)。單相系：系統(tǒng)中工質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)都均勻一致的系統(tǒng)稱為單相系。復(fù)相系：由兩個相以上組成的系統(tǒng)稱為復(fù)相系

2、，如固、液、氣組成的三相系統(tǒng)。單元系：由一種化學(xué)成分組成的系統(tǒng)稱為單元系。多元系：由兩種以上不同化學(xué)成分組成的系統(tǒng)稱為多元系。均勻系：成分和相在整個系統(tǒng)空間呈均勻分布的為均勻系。非均勻系：成分和相在整個系統(tǒng)空間呈非均勻分布，稱非均勻系。熱力狀態(tài)：系統(tǒng)中某瞬間表現(xiàn)的工質(zhì)熱力性質(zhì)的總狀況，稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)，簡稱為狀態(tài)。平衡狀態(tài)：系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，如果宏觀熱力性質(zhì)不隨時間而變化，系統(tǒng)內(nèi)外同時建立了熱的和力的平衡，這時系統(tǒng)的狀態(tài)稱為熱力平衡狀態(tài)，簡稱為平衡狀態(tài)。狀態(tài)參數(shù)：描述工質(zhì)狀態(tài)特性的各種物理量稱為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。如溫度（T）、壓力（P）、比容（）或密度（）、內(nèi)能（u）、焓（h）、熵（

3、s）、自由能（f）、自由焓（g）等?；緺顟B(tài)參數(shù)：在工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)中，其中溫度、壓力、比容或密度可以直接或間接地用儀表測量出來，稱為基本狀態(tài)參數(shù)。溫度：是描述系統(tǒng)熱力平衡狀況時冷熱程度的物理量，其物理實(shí)質(zhì)是物質(zhì)內(nèi)部大量微觀分子熱運(yùn)動的強(qiáng)弱程度的宏觀反映。熱力學(xué)第零定律：如兩個物體分別和第三個物體處于熱平衡，則它們彼此之間也必然處于熱平衡。壓力：垂直作用于器壁單位面積上的力，稱為壓力，也稱壓強(qiáng)。相對壓力：相對于大氣環(huán)境所測得的壓力。如工程上常用測壓儀表測定系統(tǒng)中工質(zhì)的壓力即為相對壓力。比容：單位質(zhì)量工質(zhì)所具有的容積，稱為工質(zhì)的比容。密度：單位容積的工質(zhì)所具有的質(zhì)量，稱為工質(zhì)的密度。強(qiáng)度性參數(shù)：系

4、統(tǒng)中單元體的參數(shù)值與整個系統(tǒng)的參數(shù)值相同，與質(zhì)量多少無關(guān)，沒有可加性，如溫度、壓力等。在熱力過程中，強(qiáng)度性參數(shù)起著推動力作用，稱為廣義力或勢。廣延性參數(shù)：整個系統(tǒng)的某廣延性參數(shù)值等于系統(tǒng)中各單元體該廣延性參數(shù)值之和，如系統(tǒng)的容積、內(nèi)能、焓、熵等。在熱力過程中，廣延性參數(shù)的變化起著類似力學(xué)中位移的作用，稱為廣義位移。準(zhǔn)靜態(tài)過程：過程進(jìn)行得非常緩慢，使過程中系統(tǒng)內(nèi)部被破壞了的平衡有足夠的時間恢復(fù)到新的平衡態(tài)，從而使過程的每一瞬間系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)都非常接近平衡狀態(tài)，整個過程可看作是由一系列非常接近平衡態(tài)的狀態(tài)所組成，并稱之為準(zhǔn)靜態(tài)過程。可逆過程：當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行正、反兩個過程后，系統(tǒng)與外界均能完全回復(fù)到初始

5、狀態(tài)，這樣的過程稱為可逆過程。膨脹功：由于系統(tǒng)容積發(fā)生變化（增大或縮?。┒ㄟ^界面向外界傳遞的機(jī)械功稱為膨脹功，也稱容積功。熱量：通過熱力系邊界所傳遞的除功之外的能量。熱力循環(huán)：工質(zhì)從某一初態(tài)開始，經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化，最后又回復(fù)到初始狀態(tài)的全部過程稱為熱力循環(huán)，簡稱循環(huán)。2.常用公式 狀態(tài)參數(shù):狀態(tài)參數(shù)是狀態(tài)的函數(shù)，對應(yīng)一定的狀態(tài)，狀態(tài)參數(shù)都有唯一確定的數(shù)值，工質(zhì)在熱力過程中發(fā)生狀態(tài)變化時，由初狀態(tài)經(jīng)過不同路徑，最后到達(dá)終點(diǎn)，其參數(shù)的變化值，僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的途徑無關(guān)。溫度：1式中分子平移運(yùn)動的動能，其中m是一個分子的質(zhì)量，是分子平移運(yùn)動的均方根速度；B比例常數(shù)；T氣體的熱力學(xué)

6、溫度。2壓力：1式中P單位面積上的絕對壓力；n分子濃度，即單位容積內(nèi)含有氣體的分子數(shù)，其中N為容積V包含的氣體分子總數(shù)。2式中F整個容器壁受到的力，單位為牛（N）；f容器壁的總面積（m2）。3 （P>B）（P<B）式中B當(dāng)?shù)卮髿鈮毫g高于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r的相對壓力，稱表壓力；H 低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫r的相對壓力，稱為真空值。比容:1m3/kg式中V工質(zhì)的容積m工質(zhì)的質(zhì)量2式中工質(zhì)的密度kg/m3工質(zhì)的比容m3/kg熱力循環(huán):或，循環(huán)熱效率:式中q1工質(zhì)從熱源吸熱；q2工質(zhì)向冷源放熱；w0循環(huán)所作的凈功。制冷系數(shù)：式中q1工質(zhì)向熱源放出熱量；q2工質(zhì)從冷源吸取熱量；w0循環(huán)所作的凈功。供

7、熱系數(shù)：式中q1工質(zhì)向熱源放出熱量q2工質(zhì)從冷源吸取熱量w0循環(huán)所作的凈功3.重要圖表圖1-1 熱力系統(tǒng)圖1-2邊界可變形系統(tǒng)圖1-3開口系統(tǒng)圖1-4 孤立系統(tǒng)圖1-5 U形壓力計測壓圖1-6 各壓力間的關(guān)系圖1-14 任意循環(huán)在圖上的表示(a)正循環(huán) ； (b)逆循環(huán)第二章 氣體的熱力性質(zhì) 1.基本概念理想氣體：氣體分子是由一些彈性的、忽略分子之間相互作用力（引力和斥力）、不占有體積的質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成。比熱：單位物量的物體，溫度升高或降低1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的比熱。定容比熱：在定容情況下，單位物量的物體，溫度變化1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的定容比熱。定壓比熱：在定

8、壓情況下，單位物量的物體，溫度變化1K（1）所吸收或放出的熱量，稱為該物體的定壓比熱。定壓質(zhì)量比熱：在定壓過程中，單位質(zhì)量的物體，當(dāng)其溫度變化1K（1）時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓質(zhì)量比熱。定壓容積比熱：在定壓過程中，單位容積的物體，當(dāng)其溫度變化1K（1）時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓容積比熱。定壓摩爾比熱：在定壓過程中，單位摩爾的物體，當(dāng)其溫度變化1K（1）時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定壓摩爾比熱。定容質(zhì)量比熱：在定容過程中，單位質(zhì)量的物體，當(dāng)其溫度變化1K（1）時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容質(zhì)量比熱。定容容積比熱：在定容過程中，單位容積的物體

9、，當(dāng)其溫度變化1K（1）時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容容積比熱。定容摩爾比熱：在定容過程中，單位摩爾的物體，當(dāng)其溫度變化1K（1）時，物體和外界交換的熱量，稱為該物體的定容摩爾比熱。混合氣體的分壓力：維持混合氣體的溫度和容積不變時，各組成氣體所具有的壓力。道爾頓分壓定律：混合氣體的總壓力P等于各組成氣體分壓力Pi之和?；旌蠚怏w的分容積：維持混合氣體的溫度和壓力不變時，各組成氣體所具有的容積。阿密蓋特分容積定律：混合氣體的總?cè)莘eV等于各組成氣體分容積Vi之和。混合氣體的質(zhì)量成分：混合氣體中某組元?dú)怏w的質(zhì)量與混合氣體總質(zhì)量的比值稱為混合氣體的質(zhì)量成分。混合氣體的容積成分：混合氣體中某組

10、元?dú)怏w的容積與混合氣體總?cè)莘e的比值稱為混合氣體的容積成分?；旌蠚怏w的摩爾成分：混合氣體中某組元?dú)怏w的摩爾數(shù)與混合氣體總摩爾數(shù)的比值稱為混合氣體的摩爾成分。對比參數(shù)：各狀態(tài)參數(shù)與臨界狀態(tài)的同名參數(shù)的比值。對比態(tài)定律：對于滿足同一對比態(tài)方程式的各種氣體，對比參數(shù)、和中若有兩個相等，則第三個對比參數(shù)就一定相等，物質(zhì)也就處于對應(yīng)狀態(tài)中。2.常用公式理想氣體狀態(tài)方程：1式中p絕對壓力Pa比容m3/kgT熱力學(xué)溫度K適用于1千克理想氣體。2式中V質(zhì)量為mkg氣體所占的容積適用于m千克理想氣體。3式中VM=Mv氣體的摩爾容積，m3/kmol；R0=MR通用氣體常數(shù)，J/kmol·K適用于1千摩爾理

11、想氣體。4式中VnKmol氣體所占有的容積，m3；n氣體的摩爾數(shù)，kmol適用于n千摩爾理想氣體。5通用氣體常數(shù)：R0J/Kmol·KR0與氣體性質(zhì)、狀態(tài)均無關(guān)。6氣體常數(shù)：RJ/kg·KR與狀態(tài)無關(guān)，僅決定于氣體性質(zhì)。7比熱：1比熱定義式：表明單位物量的物體升高或降低1K所吸收或放出的熱量。其值不僅取決于物質(zhì)性質(zhì)，還與氣體熱力的過程和所處狀態(tài)有關(guān)。2質(zhì)量比熱、容積比熱和摩爾比熱的換算關(guān)系：式中c質(zhì)量比熱，kJ/Kg·k容積比熱，kJ/m3·kMc摩爾比熱，kJ/Kmol·k3定容比熱：表明單位物量的氣體在定容情況下升高或降低1K所吸收或放出的

12、熱量。4定壓比熱：表明單位物量的氣體在定壓情況下升高或降低1K所吸收或放出的熱量。5梅耶公式：6比熱比： 道爾頓分壓定律： 阿密蓋特分容積定律： 質(zhì)量成分： 容積成分： 摩爾成分： 容積成分與摩爾成分關(guān)系： 質(zhì)量成分與容積成分： 折合分子量： 折合氣體常數(shù)： 分壓力的確定 混合氣體的比熱容： 混合氣體的容積比熱容： 混合氣體的摩爾比熱容： 混合氣體的熱力學(xué)能、焓和熵 或 或 或 范德瓦爾(Van der Waals)方程 對于1kmol實(shí)際氣體 壓縮因子：對比參數(shù)： ， ， 3.重要圖表常用氣體在理想狀態(tài)下的定壓摩爾比熱與溫度的關(guān)系氣體分子式溫度范圍（K）最大誤差%空氣氫H28.10628.1

13、01.9665-1.91594.8023-4.0038-1.9661-0.8704273180027318000.721.01氧O225.17715.2022-5.06181.311727318001.19氮N228.907-1.57138.0805-28.725627318000.59一氧化碳CO28.2601.67515.3717-2.221927318000.89二氧化碳CO222.25759.8084-35.01007.469327318000.647水蒸氣H2O32.2381.923410.5549-3.595227318000.53乙烯C2H24.1261155.0213-81.5

14、45516.975529815000.30丙烯C3H43.7457234.0107-115.127821.735329815000.44甲烷CH419.88750.241612.6860-11.011327315001.33乙烷C2H65.413178.0872-69.37498.714729815000.70丙烷C3H8-4.233306.264-158.631632.145529815000.28幾種氣體在理想氣體狀態(tài)下的平均定壓質(zhì)量比熱容 t()O2N2H2CO空氣CO2H2O00.9151.03914.1951.0401.0040.8151.8591000.9231.04014.353

15、1.0421.0060.8661.8732000.9351.04314.4211.0461.0120.9101.8943000.9501.04914.4461.0541.0190.9491.9194000.9651.05714.4771.0631.0280.9831.9485000.9791.06614.5091.0751.0391.0131.9786000.9931.07614.5421.0861.0501.0402.0097001.0051.08714.5871.0981.0611.0642.0428001.0161.09714.6411.1091.0711.0852.0759001.02

16、61.10814.7061.1201.0811.1042.11010001.0351.11814.7761.1301.0911.1222.14411001.0431.12714.8531.1401.1001.1382.17712001.0511.13614.9341.1491.1081.1532.21113001.0581.14515.0231.1581.1171.1662.24314001.0651.15315.1131.1661.1241.1782.27415001.0711.16015.2021.1731.1311.1892.30516001.0771.16715.2941.1801.1

17、381.2002.33517001.0831.17415.3831.1871.1441.2092.36318001.0891.18015.4721.1921.1501.2182.39119001.0941.18615.5611.1981.1561.2262.41720001.0991.19115.6491.2031.1611.2332.44221001.1041.19715.7361.2081.1661.2412.46622001.1091.20115.8191.2131.1711.2472.48923001.1141.20615.9021.2181.1761.2532.51224001.11

18、81.21015.9831.2221.1801.2592.53325001.1231.21416.0641.2261.1821.2642.554密度（kg/m3)1.42861.25050.089991.25051.29321.96480.8042幾種氣體的臨界參數(shù)和范德瓦爾常數(shù)物質(zhì)名稱（K）（MPa）(MPa.m6/kmol2）（m3/kmol）HeH2N2O2CO2NH3H2OCH4CO5.333.3126.2154.8304.2405.5647.3190.7133.00.229011.297023.394565.076637.3869611.2983022.129704.640913.4

19、95893.576724.9304136.8115137.6429365.2920424.3812552.1069228.5001147.547924.0526.6838.6331.6842.7837.3030.3942.6939.53幾種氣體的臨界壓縮因子物質(zhì)HeH2N2O2CO2NH3H2OCOCH40.3000.3040.2970.2920.2740.2380.2300.2940.290圖2-5 通用壓縮因子圖第三章 熱力學(xué)第一定律1.基本概念熱力學(xué)第一定律:能量既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它只能從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式，或從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個系統(tǒng)，而其總量保持恒定，這一自然界普遍規(guī)

20、律稱為能量守恒與轉(zhuǎn)換定律。把這一定律應(yīng)用于伴有熱現(xiàn)象的能量和轉(zhuǎn)移過程，即為熱力學(xué)第一定律。第一類永動機(jī)：不消耗任何能量而能連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)動機(jī)，稱為第一類永動機(jī)。熱力學(xué)能：熱力系處于宏觀靜止?fàn)顟B(tài)時系統(tǒng)內(nèi)所有微觀粒子所具有的能量之和。外儲存能：也是系統(tǒng)儲存能的一部分，取決于系統(tǒng)工質(zhì)與外力場的相互作用（如重力位能）及以外界為參考坐標(biāo)的系統(tǒng)宏觀運(yùn)動所具有的能量（宏觀動能）。這兩種能量統(tǒng)稱為外儲存能。軸功：系統(tǒng)通過機(jī)械軸與外界傳遞的機(jī)械功稱為軸功。流動功（或推動功）：當(dāng)工質(zhì)在流進(jìn)和流出控制體界面時，后面的流體推開前面的流體而前進(jìn)，這樣后面的流體對前面的流體必須作推動功。因此，流動功是為維持流體通過

21、控制體界面而傳遞的機(jī)械功，它是維持流體正常流動所必須傳遞的能量。焓：流動工質(zhì)向流動前方傳遞的總能量中取決于熱力狀態(tài)的那部分能量。對于流動工質(zhì)，焓=內(nèi)能+流動功，即焓具有能量意義；對于不流動工質(zhì)，焓只是一個復(fù)合狀態(tài)參數(shù)。穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況：工質(zhì)以恒定的流量連續(xù)不斷地進(jìn)出系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部及界面上各點(diǎn)工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)和宏觀運(yùn)動參數(shù)都保持一定，不隨時間變化，稱穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流工況。技術(shù)功：在熱力過程中可被直接利用來作功的能量，稱為技術(shù)功。動力機(jī)：動力機(jī)是利用工質(zhì)在機(jī)器中膨脹獲得機(jī)械功的設(shè)備。壓氣機(jī)：消耗軸功使氣體壓縮以升高其壓力的設(shè)備稱為壓氣機(jī)。節(jié)流：流體在管道內(nèi)流動，遇到突然變窄的斷面，由于存在阻力使流體壓力降低的現(xiàn)

22、象。2.常用公式外儲存能：1 宏觀動能：2 重力位能：式中g(shù)重力加速度。系統(tǒng)總儲存能：1或23 或（沒有宏觀運(yùn)動，并且高度為零）熱力學(xué)能變化：1，適用于理想氣體一切過程或者實(shí)際氣體定容過程2適用于理想氣體一切過程或者實(shí)際氣體定容過程（用定值比熱計算）3適用于理想氣體一切過程或者實(shí)際氣體定容過程（用平均比熱計算）4把的經(jīng)驗公式代入積分。適用于理想氣體一切過程或者實(shí)際氣體定容過程（用真實(shí)比熱公式計算）5由理想氣體組成的混合氣體的熱力學(xué)能等于各組成氣體熱力學(xué)能之和，各組成氣體熱力學(xué)能又可表示為單位質(zhì)量熱力學(xué)能與其質(zhì)量的乘積。6適用于任何工質(zhì)，可逆過程。7適用于任何工質(zhì)，可逆定容過程8適用于任何工質(zhì)，

23、可逆絕熱過程。9適用于閉口系統(tǒng)任何工質(zhì)絕熱、對外不作功的熱力過程等熱力學(xué)能或理想氣體定溫過程。10適用于mkg質(zhì)量工質(zhì)，開口、閉口，任何工質(zhì)，可逆、不可逆過程。11.適用于1kg質(zhì)量工質(zhì)，開口、閉口，任何工質(zhì)，可逆、不可逆過程12.適用于微元，任何工質(zhì)可逆過程13熱力學(xué)能的變化等于焓的變化與流動功的差值。焓的變化：1適用于m千克工質(zhì)2適用于1千克工質(zhì)3適用于理想氣體 4，適用于理想氣體的一切熱力過程或者實(shí)際氣體的定壓過程 5 適用于理想氣體的一切熱力過程或者實(shí)際氣體的定壓過程，用定值比熱計算6適用于理想氣體的一切熱力過程或者實(shí)際氣體的定壓過程用平均比熱計算 7把的經(jīng)驗公式代入積分。 適用于理想

24、氣體的一切熱力過程或者實(shí)際氣體的定壓過程，用真實(shí)比熱公式計算 8 由理想氣體組成的混合氣體的焓等于各組成氣體焓之和，各組成氣體焓又可表示為單位質(zhì)量焓與其質(zhì)量的乘積。 9熱力學(xué)第一定律能量方程 適用于任何工質(zhì)，任何熱力過程。 10 適用于任何工質(zhì)，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流熱力過程 11 適用于任何工質(zhì)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。 12 適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。 13 適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流絕熱過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。 14 適用于任何工質(zhì)可逆、穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流定壓過程，忽略工質(zhì)動能和位能的變化。 15 適用于任何工質(zhì)等焓或理想氣體等溫過程。熵的變化： 1 適

25、用于任何氣體，可逆過程。 2 為熵流，其值可正、可負(fù)或為零；為熵產(chǎn)，其值恒大于或等于零。 3（理想氣體、可逆定容過程） 4（理想氣體、可逆定壓過程） 5（理想氣體、可逆定溫過程） 6（定熵過程） 適用于理想氣體、任何過程功量：膨脹功（容積功）： 1或適用于任何工質(zhì)、可逆過程 2適用于任何工質(zhì)、可逆定容過程 3適用于任何工質(zhì)、可逆定壓過程 4 適用于理想氣體、可逆定溫過程 5 適用于任何系統(tǒng)，任何工質(zhì)，任何過程。 6 適用于理想氣體定溫過程。 7 適用于任何氣體絕熱過程。 8 適用于理想氣體、絕熱過程 9適用于理想氣體、可逆絕熱過程 10 適用于理想氣體、可逆多變過程流動功: 推動1kg工質(zhì)進(jìn)、

26、出控制體所必須的功。技術(shù)功: 1 熱力過程中可被直接利用來作功的能量，統(tǒng)稱為技術(shù)功。 2 適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、微元熱力過程 3 技術(shù)功等于膨脹功與流動功的代數(shù)和。 4 適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、微元可逆熱力過程 5 適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流、可逆過程熱量： 1 適用于任何工質(zhì)、微元可逆過程。 2 適用于任何工質(zhì)、可逆過程 3 適用于mkg質(zhì)量任何工質(zhì)，開口、閉口，可逆、不可逆過程 4 適用于1kg質(zhì)量任何工質(zhì)，開口、閉口，可逆、不可逆過程 5 適用于微元，任何工質(zhì)可逆過程。 6 適用于任何工質(zhì)可逆過程。 7 適用于任何工質(zhì)，任何系統(tǒng)，任何過程。 8 適用于微元穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程 9 適用于穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程 10 適用于任何工質(zhì)

27、定容過程 11 適用于理想氣體定容過程。 12 適用于任何工質(zhì)定壓過程 13 適用于理想氣體、定壓過程 14 適用于任何工質(zhì)、絕熱過程 15 適用于理想氣體、多變過程3.重要圖表圖31 軸功圖32 流動功圖33 閉口系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換圖37 技術(shù)功圖35 開口系統(tǒng)第四章 理想氣體的熱力過程及氣體壓縮1.基本概念分析熱力過程的一般步驟：1.依據(jù)熱力過程特性建立過程方程式，p=f(v)；2.確定初、終狀態(tài)的基本狀態(tài)參數(shù)；3.將過程線表示在p-v圖及Ts圖上,使過程直觀，便于分析討論。4.計算過程中傳遞的熱量和功量。絕熱過程：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的狀態(tài)變化過程，即或稱為絕熱過程。定熵過程：

28、系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的可逆熱力過程，稱為定熵過程。多變過程：凡過程方程為常數(shù)的過程，稱為多變過程。定容過程：定量工質(zhì)容積保持不變時的熱力過程稱為定容過程。定壓過程：定量工質(zhì)壓力保持不變時的熱力過程稱為定壓過程。定溫過程：定量工質(zhì)溫度保持不變時的熱力過程稱為定溫過程。單級活塞式壓氣機(jī)工作原理：吸氣過程、壓縮過程、排氣過程，活塞每往返一次，完成以上三個過程。活塞式壓氣機(jī)的容積效率：活塞式壓氣機(jī)的有效容積和活塞排量之比，稱為容積效率?；钊綁簹鈾C(jī)的余隙：為了安置進(jìn)、排氣閥以及避免活塞與汽缸端蓋間的碰撞，在汽缸端蓋與活塞行程終點(diǎn)間留有一定的余隙，稱為余隙容積，簡稱余隙。最佳增壓比：使多級

29、壓縮中間冷卻壓氣機(jī)耗功最小時，各級的增壓比稱為最佳增壓比。壓氣機(jī)的效率：在相同的初態(tài)及增壓比條件下，可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功與實(shí)際不可逆壓縮過程中壓氣機(jī)所消耗的功之比，稱為壓氣機(jī)的效率。熱機(jī)循環(huán)：若循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)將外界的熱能在一定條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，則此循環(huán)稱為熱機(jī)循環(huán)。2.常用公式 氣體主要熱力過程的基本公式 過程定容過程定壓過程定溫過程定熵過程多變過程過程指數(shù)n01n過程方程v=常數(shù)p=常數(shù)pv=常數(shù)pv=常數(shù)pv n =常數(shù)P、v、T關(guān)系 膨脹功w=0熱量比熱容0備注 表中比熱容為定值比熱容多變指數(shù)n： z級壓氣機(jī)，最佳級間升壓比： 3.重要圖表 圖41絕熱過程p-v圖

30、圖42絕熱過程T-s圖圖43多變過程p-v圖圖43多變過程T-s圖圖46單級活塞式壓氣機(jī)圖47理論壓氣過程示功圖圖48三種壓縮過程p-v圖和T-s圖圖4-11為兩級壓氣機(jī)工作過程圖第五章 熱力學(xué)第二定律1.基本概念熱力學(xué)第二定律：開爾文說法：只冷卻一個熱源而連續(xù)不斷作功的循環(huán)發(fā)動機(jī)是造不成功的。克勞修斯說法：熱不可能自發(fā)地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體。第二類永動機(jī)：從單一熱源取得熱量，并使之完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動機(jī)，稱為第二類永動機(jī)。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間不發(fā)生任何能量傳遞和物質(zhì)交換，稱為孤立系統(tǒng)。孤立系統(tǒng)熵增原理：任何實(shí)際過程都是不可逆過程，只能沿著使孤立系統(tǒng)熵增

31、加的方向進(jìn)行。定熵過程：系統(tǒng)與外界沒有熱量交換情況下所進(jìn)行的可逆熱力過程，稱為定熵過程。熱機(jī)循環(huán)：若循環(huán)的結(jié)果是工質(zhì)將外界的熱能在一定條件下連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，則此循環(huán)稱為熱機(jī)循環(huán)。制冷：對物體進(jìn)行冷卻，使其溫度低于周圍環(huán)境溫度，并維持這個低溫稱為制冷。制冷機(jī)：從低溫冷藏室吸取熱量排向大氣所用的機(jī)械稱為制冷機(jī)。熱泵：將從低溫?zé)嵩次〉臒崃總魉椭粮邷嘏宜玫臋C(jī)械裝置稱為熱泵。理想熱機(jī)：熱機(jī)內(nèi)發(fā)生的一切熱力過程都是可逆過程，則該熱機(jī)稱為理想熱機(jī)?？ㄖZ循環(huán)：在兩個恒溫?zé)嵩撮g，由兩個可逆定溫過程和兩個可逆絕熱過程組成的循環(huán)，稱為卡諾循環(huán)?？ㄖZ定理：1所有工作于同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切可逆循環(huán)

32、，其熱效率都相等，與采用哪種工質(zhì)無關(guān)。 2在同溫?zé)嵩磁c同溫冷源之間的一切不可逆循環(huán)，其熱效率必小于可逆循環(huán)。自由膨脹：氣體向沒有阻力空間的膨脹過程，稱為自由膨脹過程。2.常用公式熵的定義式：J/kg K工質(zhì)熵變計算：，工質(zhì)熵變是指工質(zhì)從某一平衡狀態(tài)變化到另一平衡狀態(tài)熵的差值。因為熵是狀態(tài)參數(shù)，兩狀態(tài)間的熵差對于任何過程，可逆還是不可逆都相等。1理想氣體、已知初、終態(tài)T、v值求S。2理想氣體已知初、終態(tài)T、P值求S。3理想氣體、已知初、終態(tài)P、v值求S。4固體及液體的熵變計算：5熱源熵變：克勞修斯不等式：任何循環(huán)的克勞修斯積分永遠(yuǎn)小于零，可逆過程時等于零。閉口系統(tǒng)熵方程：式中：Ssys系統(tǒng)熵變；

33、 Ssur環(huán)境熵變； SI某子系統(tǒng)熵變。開口系統(tǒng)熵方程：式中：m2s2工質(zhì)流出系統(tǒng)的熵； m1s1工質(zhì)流入系統(tǒng)的熵。不可逆作功能力損失： 式中：T0環(huán)境溫度； SISO孤立系統(tǒng)熵增。3.重要圖表圖5-4卡諾循環(huán)的p-v圖和T-s圖圖5-4 逆卡諾循環(huán)的p-v圖和T-s圖圖5-7 任意可逆循環(huán)圖5-7 熵變、熵流與熵產(chǎn)第六章 熱力學(xué)微分關(guān)系式1基本概念自由能：F =UTS，F(xiàn)稱為自由能，或稱亥姆霍茲（Helmholtz）函數(shù)。自由焓：令G = HTS，G稱為自由焓，或稱吉布斯（Gibbs）函數(shù)。2重要公式熱力學(xué)能的基本關(guān)系式：焓的基本關(guān)系式：自由能基本關(guān)系式：自由焓的基本關(guān)系式：麥克斯韋關(guān)系式：

34、 熱系數(shù)：式中 壓力溫度系數(shù)；物質(zhì)在定容下壓力隨溫度的變化率；容積膨脹系數(shù)，或稱熱膨脹系數(shù)；物質(zhì)在定壓下比體積隨溫度的變化率； 定溫壓縮系數(shù)，或簡稱壓縮系數(shù)；物質(zhì)在定溫下比體積隨壓力的變化率，表示物質(zhì)在定溫條件下受壓后的壓縮性。 這個偏導(dǎo)數(shù)為負(fù)值，加負(fù)號后，仍為正值。熵方程：焓方程：熱力學(xué)能的微分方程式：熱量的微分方程式：上述兩式適用于任意物質(zhì)的任何可逆過程。比熱容與狀態(tài)方程式的關(guān)系： 比定壓熱容與比定容熱容的關(guān)系:克拉貝龍方程:克勞修斯克拉貝龍方程:第七章 水蒸氣1基本概念未飽和水: 水溫低于飽和溫度的水稱為未飽和水（也稱過冷水）.飽和水: 當(dāng)水溫達(dá)到壓力P所對應(yīng)的飽和溫度時，水將開始沸騰，

35、這時的水稱為飽和水。濕飽和蒸汽：把預(yù)熱到ts的飽和水繼續(xù)加熱，飽和水開始沸騰，在定溫下產(chǎn)生蒸汽而形成飽和液體和飽和蒸汽的混合物，這種混合物稱為濕飽和蒸汽，簡稱濕蒸汽。干飽和蒸汽：濕蒸汽的體積隨著蒸汽的不斷產(chǎn)生而逐漸加大，直至水全部變?yōu)檎羝?，這時的蒸汽稱為干飽和蒸汽（即不含飽和水的飽和蒸汽）。2常用公式干度：（濕蒸氣飽和水加飽和蒸汽）濕蒸汽的參數(shù)：（當(dāng)p不太大，x不太小時）過熱蒸汽的焓：其中是過熱熱量，t為過熱蒸汽的溫度，cpm為過熱蒸汽由t到ts的平均比定壓熱容。過熱蒸汽的熱力學(xué)能：過熱蒸汽的熵：水蒸氣定壓過程：或水蒸氣定容過程：水蒸氣定溫過程：水蒸氣絕熱過程：3重要圖表7-1 凝固時體積膨脹

36、的物質(zhì)的p-t圖圖7-2 凝固時體積縮小的物質(zhì)的p-t圖圖7-4 水蒸氣定壓發(fā)生過程示意圖圖7-5 水蒸氣的p-v圖圖7-6 水蒸氣的T-s圖圖7-7 水蒸氣的T-s圖圖7-8 水蒸氣的h-s圖圖7-9 水蒸氣的定壓過程圖7-10 水蒸氣的定容過程圖7-11 水蒸氣的定溫過程圖7-12 水蒸氣的定熵過程圖7-13 水蒸氣的不可逆絕熱過程圖7-14 例7-3第八章 濕空氣1.基本概念濕空氣：干空氣和水蒸氣所組成的混合氣體。飽和空氣：干空氣和飽和水蒸氣所組成的混合氣體。未飽和空氣：干空氣和過熱水蒸氣所組成的混合氣體。絕對濕度：每立方米濕空氣中所含有的水蒸氣質(zhì)量。飽和絕對濕度：在一定溫度下飽和空氣的

37、絕對濕度達(dá)到最大值，稱為飽和絕對濕度相對濕度：濕空氣的絕對濕度與同溫度下飽和空氣的飽和絕對濕度的比值含濕量(比濕度)：在含有1kg干空氣的濕空氣中，所混有的水蒸氣質(zhì)量飽和度：濕空氣的含濕量d與同溫下飽和空氣的含濕量ds的比值濕空氣的比體積：在一定溫度T和總壓力p下，1kg干空氣和0.001d水蒸氣所占有的體積濕空氣的焓： 1kg干空氣的焓和0.001dkg水蒸氣的焓的總和2.常用公式 濕空氣的總壓力：濕空氣的平均分子量：濕空氣的氣體常數(shù)：絕對濕度： 飽和絕對濕度： 相對濕度: 相對濕度反映了濕空氣中水蒸氣含量接近飽和的程度。在某溫度t下，值小，表示空氣干燥，具有較大的吸濕能力; 值大，表示空氣

38、潮濕，吸濕能力小。當(dāng)時為干空氣，時則為飽和空氣。未飽和空氣的相對濕度在0到1之間()。應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程，相對濕度又可表示為 含濕量(或稱比濕度) d： 飽和度D： 飽和度D略小于相對濕度，即D，如，則。濕空氣比體積： 濕空氣的焓： (kJ/kg(a) 3.重要圖表 干空氣的組成表 成分分子量容積成分（摩爾成分）組成氣體的部分分子量32.0000.20956.70428.0160.780921.87839.9440.00930.37144.01圖83 干、濕球溫度計圖84濕空氣的h-d圖圖85 圖四個區(qū)域的特征圖86露點(diǎn)在圖上的表示圖89 濕空氣的加熱圖810 濕空氣的冷卻圖812定溫加濕過程圖811 濕空氣的絕熱加濕過程圖813 濕空氣的混合過程圖814 冷卻塔示意圖第九章 氣體和蒸汽的流動1基本概念穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流：穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流是指開口系統(tǒng)內(nèi)每一點(diǎn)的熱力學(xué)和力學(xué)參數(shù)都不隨時間而變化的流動，但在系統(tǒng)內(nèi)不同點(diǎn)上，參數(shù)值可以不同。為了簡化起見，可認(rèn)為管道內(nèi)垂直于軸向的任一截面上的各種參數(shù)都均勻一致，流體參數(shù)只沿管道軸向或流動方向發(fā)生變化。定熵滯止參數(shù)：將具有一定速度的流體在定熵條件下擴(kuò)壓，使其流速降低為零，這時氣體的參數(shù)稱為定熵滯止參